強化數(shù)學課程中的應用意識

強化數(shù)學課程中的應用意識

數(shù)學課程改革的思路之一就是數(shù)學課程應強化應用意識，允許非形式化，這是我們改革數(shù)學課程的關鍵之處．數(shù)學課程貫徹此精神，可望縮短學生發(fā)展必經(jīng)的歷程，盡快進入現(xiàn)代化前沿，適應２１世紀對學生的要求．

事實上，數(shù)學課程中強化數(shù)學的應用意識早已成為發(fā)達國家的共識．而我國目前數(shù)學課程中數(shù)學應用意識卻十分淡薄，與世界數(shù)學課程發(fā)展的潮流極不合拍．事實上，數(shù)學及其應用曾是我國古代最發(fā)達的傳統(tǒng)科學之一，以實用性、計算性、算法化以及注重模型化方法為特征的中國古代數(shù)學處于世界領先地位達千余年之久．但遺憾的是，具有應用功能的傳統(tǒng)數(shù)學沒有被及時納入教育內容，或引發(fā)出必要的數(shù)學課程，因此它的發(fā)展和成就失去了傳播的根基和土壤，隨著社會的演變逐漸被人們所丟棄．近代中國經(jīng)濟發(fā)展相對落后，

數(shù)學課程的建設主要是折衷地采用外國的研究成果．在應用方面，由于沒有做適合于我們文化背景的貼切轉換和補償，造成應用意識的繼續(xù)失落．當前，我國數(shù)學教材中的習題和考題多半是脫離了實際背景的純數(shù)學題，或者是看不見背景的應用數(shù)學題．這樣的訓練，久而久之，使學生解現(xiàn)成數(shù)學題的能力很強，而把實際問題抽象化為數(shù)學問題的能力卻很弱．面對新世紀的挑戰(zhàn)，我們重建的數(shù)學課程應該注意將民族的數(shù)學應用成果及時納入教育內容．在課程中及時增加反映在社會發(fā)展中的應用知識，并研究培養(yǎng)學生應用能力的對策，從而達到數(shù)學課程改革與社會進一步相一致．數(shù)學課程中強化“應用”既是一個復雜問題，又是一個長期未能解決好的問題．“應用”在數(shù)學教育中有許多解釋，有些人為的非現(xiàn)實生活的例子，也可能有重要的教育價值，也可以培養(yǎng)學生應用數(shù)學的技能，不能一概否定．還有一類傳統(tǒng)的例子是過分“現(xiàn)實”的，如直接從職業(yè)中拿出來的簿記、稅收；如聯(lián)系特殊地方工業(yè)的“三機一泵”．這就有一個“誰的現(xiàn)實”問題，這些例子只是社會的一些特殊需要，不足�。當�(shù)學的重要性主要不在于這樣的“應用”，它不可能總是結合學生的“現(xiàn)實”．正如卡爾松（Ｃａｒｓｏｎ）所言：“現(xiàn)實是主體和時間的函數(shù)，對我是現(xiàn)實的，對別人未必是現(xiàn)實的；在我兒時是現(xiàn)實的，現(xiàn)在不一定再是現(xiàn)實的了”．

前面說的都是“現(xiàn)實”例子用來為數(shù)學教學服務，當數(shù)學用來為現(xiàn)實服務時，即當我們用數(shù)學解決問題時，情況就完全不同了，它是用數(shù)學去描述、理解和解決學生熟悉的現(xiàn)實問題．這種問題不僅有社會意義，而且不局限于單一的教學，還要用到學生多方面的知識，在這方面英國數(shù)學課程設計中的課程交叉值得我們學習借鑒．所謂課程交叉就是在某學科教學過程中，突出該學科與現(xiàn)實生活以及其它學科的聯(lián)系．英國的數(shù)學課程交叉主要表現(xiàn)為：從現(xiàn)實生活題材中引入數(shù)學；加強數(shù)學與其它科目的聯(lián)系；打破傳統(tǒng)格局和學制限制，允許在數(shù)學課程中研究與數(shù)學有關的其它問題等．

數(shù)學課程中強化“應用”意識，落實到具體，必須在教材、教學、考試等方面都要增加用數(shù)學的意識．用數(shù)學的什么呢？可分為如下三個層次：

用結論用數(shù)學的現(xiàn)成公式，這是最低層次，人們最容易看到的地方．

用方法如方程的方法、圖表的方法、分析與綜合邏輯推理的方法等．

用思想

研討問題的一般過程，觀察、分析、試驗；從需要與可能兩個方面考慮問題；逐步逼進；分類與歸一；找特點、抓關鍵；從定性到定量等．通過用數(shù)學，學生才能理解知識、掌握知識；通過用數(shù)學，才能訓練學生的思維．

值得指出的是，與課程中強化數(shù)學的應用意識相關的一個問題就是允許非形式化．首先，應恰當掌握數(shù)學理論形式化的水平，加強對理論實質的闡述．我們非常贊同“允許非形式化”的觀點，“不要把生動活潑的觀念淹沒在形式演繹的海洋里”，“非形式化的數(shù)學也是數(shù)學”．數(shù)學課程要從實際出發(fā)，從問題出發(fā)，開展知識的講述，最后落實到應用．例如，極限概念可以在小學圓面積公式、初中平面幾何中圓周率的近似值的求法、高中代數(shù)等比數(shù)列求和等處逐步孕伏，在學微積分時正式引入．只要不在形式化上過分要求，學生是不難接受并能加以運用的．其次，應恰當掌握對公式推導、恒等變形及計算的要求．隨著計算機的普及，二十一世紀對手工計算的要求大大降低．從增強用數(shù)學的意識講，也應降低對公式推導與恒等變形的要求，否則沒有時間來講應用．要充分利用幾何直觀，形象地加以說明．否則應用的重點難以突出，生動活潑的思維會淹沒在繁難的計算和公式推導中，“增強用數(shù)學的意識”就會落空，學生思維水平也不會提高，新內容的引入將障礙重重．

在此筆者要強調的是，要使數(shù)學課程中應用意識的增強落到實處，一個重要的舉措就是數(shù)學課程應對數(shù)學建模必須給予極大的關注．數(shù)學模型是為了一定的目的對現(xiàn)實原型作抽象、簡化后所得的數(shù)學結構，它是使用數(shù)學符號、數(shù)學式子以及數(shù)量關系對現(xiàn)實原型簡化的本質的描述．而對現(xiàn)實事物具體進行構造數(shù)學模型的過程稱為數(shù)學建模．也就是說，數(shù)學建模一般應理解為問題解決的一個側面、一個類型．它解決的是一些非常實際的問題，要求學生能把實際問題歸納（或抽象）成數(shù)學模型（諸如方程、不等式等）加以解決．從數(shù)學的角度出發(fā)，數(shù)學建模是對所需研究的問題作一個模擬，舍去無關因素，保留其數(shù)學關系以形成某種數(shù)學結構．從更廣泛的意義上講，建模則是一種技術、一種方法、一種觀念．

數(shù)學課程內容應是數(shù)學科學內容的“教育投影”，數(shù)學應用范圍的不斷擴大，迫切要求數(shù)學課程作出反應．人們發(fā)現(xiàn)，這些應用都有一個共同點，就是把非數(shù)學問題抽象成數(shù)學問題，借助于數(shù)學方法獲得解決．因此，數(shù)學模型作為一門課程首先在一些大學數(shù)學系里被提倡．后來，人們又發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的中小學數(shù)學課本中的應用僅僅是：把日常生活中的經(jīng)濟、商業(yè)、貿易和手工業(yè)中的問題用一定程序表達，內容只涉及計數(shù)、四則運算和測量等．這種應用無論是方式還是內容，與數(shù)學在現(xiàn)實生活中的應用相比，相差甚遠．于是數(shù)學建模作為一種教學方式在中小學受到重視，通過“做數(shù)學”達到“學數(shù)學”的目的．

目前從整個范圍來看，世界各國課程標準都要求在各年級水平或多或少地含有數(shù)學建模內容，但各國的具體做法又存在著很大差異，主要有以下幾種．

（１）兩分法

數(shù)學課程方案由兩部分構成．前一部分主要處理純數(shù)學內容；后一部分處理的是與前一部分純數(shù)學內容相關的應用和數(shù)學建模，它有時是現(xiàn)成模型結果的應用，有時是整個建模過程．這種做法可簡單地表示為：數(shù)學內容的學習→數(shù)學應用和建模．

（２）多分法整個教學可由很多小單元組成，每個單元做法類似于“兩分法”．

（３）混合法

在這種做法里，新的數(shù)學概念和理論的形成與數(shù)學建�；顒颖辉O計在一起相互作用．這種做法可表示為：問題情景的呈現(xiàn)→數(shù)學內容的學習→問題情景的解決→新的問題情景呈現(xiàn)→新的數(shù)學內容的學習→這個新的問題被解決→……

（４）課程內并入法

在這種做法里，一個問題首先被呈現(xiàn)，隨后與這問題有關的數(shù)學內容被探索和發(fā)展，直至問題被解決．這種做法要注意的是，所呈現(xiàn)問題必須要與數(shù)學內容有關并容易處理．

（５）課程間并入法

這種做法類似第（４）種，但又不完全相同，主要因為所呈現(xiàn)問題的解決所需要的知識未必主要是數(shù)學知識，可能是其它科目知識，數(shù)學已與其它科目融合成一體，不再單獨成一科．顯然，這種做法就是“跨學科設計教學法”．

上述做法孰優(yōu)孰劣？一般很難直接評判，只能據(jù)不同的情況采取不同的做法．現(xiàn)在有一種愿望：在中小學引進跨學科的、以社會為基礎的設計工作，在這種設計工作中，學生會看到數(shù)學如何才能夠應用到真正的“現(xiàn)實生活”問題上去．并且可望獲得進一步學習的動力，會自然也產(chǎn)生建立“數(shù)學模型”的機會，實際上關于數(shù)學建模的學習包括了各種水平的活動．現(xiàn)在有必要研究許多模型，明確“數(shù)學模型化”的確切意圖．二十世紀的一個重大挑戰(zhàn)不僅是提供在學校能夠學的應用的實例，而且是更深入地研究各種類型應用的教育目的和正確性，所以學生如何應用數(shù)學必定是二十一世紀的一個主要目標．

參考文獻

〔１〕丁爾升等著．中學數(shù)學課程導論．上海：上海教育出版社，１９９４．２６９

〔２〕趙林．國外中學數(shù)學建模教學情況概述．課程·教材·教法，１９９５，１５（８）：５５—５７